0.引言

    隨著國家對環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，國家先后出臺了新《環(huán)保法》、“消費稅”、“排污稅”，而相應(yīng)城市為了治理PM2.5，也禁止溶劑型涂料的生產(chǎn)和使用。如何實現(xiàn)環(huán)境友好型涂層的技術(shù)發(fā)展是涂料界目前最關(guān)鍵的創(chuàng)新項目。在國家對環(huán)保提出越來越嚴(yán)格要求的關(guān)鍵時刻，筆者詳細(xì)介紹了一組應(yīng)用于軌道交通產(chǎn)品表面的水性復(fù)合涂層，此水性復(fù)合涂層完全符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，VOC排放小于80g/L，主要針對于軌道交通的鐵路支座產(chǎn)品領(lǐng)域，各項性能完全符合于TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)要求，為其表面的涂裝提供了一種國內(nèi)具有創(chuàng)新性的水性復(fù)合涂層技術(shù)，該技術(shù)獲得了國家授權(quán)專利，專利號為：CN104140738A。該技術(shù)共分為3個產(chǎn)品，底漆是采用水性環(huán)氧樹脂乳液拼合水性環(huán)氧固化劑制作的水性環(huán)氧富鋅防銹底漆，中間漆是水性環(huán)氧樹脂乳液拼合水性環(huán)氧固化劑制作的水性環(huán)氧云鐵中間漆，面漆是采用了羥基丙烯酸乳液拼合親水型異氰酸酯固化劑制作的水性丙烯酸聚氨酯面漆。通過試驗，筆者選出15個最代表性的配方闡述其整個試驗過程。

    1·試驗部分

    1.1軌道交通產(chǎn)品表面的水性環(huán)氧富鋅底漆制備

    軌道交通產(chǎn)品表面的水性環(huán)氧富鋅防銹底漆采用的是水性環(huán)氧樹脂乳液與水性胺類固化劑為主體原料，拼合防銹顏料、高純度鋅粉、緩蝕劑、水性助劑制成的水性環(huán)氧富鋅防銹底漆。環(huán)氧-胺體系涂料的固化是基于環(huán)氧基團在室溫下與伯胺反應(yīng)形成仲胺，繼續(xù)反應(yīng)形成叔胺。

    1.1.1原料

    水性環(huán)氧樹脂乳液：EP6520（美國瀚森）；高純度鋅粉：500目高純度鋅粉（江蘇科成鋅業(yè)）；環(huán)保磷酸鋅：PZ20（環(huán)琦化工）；分散劑：FX600（海銘斯化學(xué)）；消泡劑：M148（海川化工）；潤濕劑：57（海銘斯化學(xué)）；緩蝕劑：5024（重慶麥圖）；羥乙基纖維素：2500（環(huán)琦化工）、成膜助劑：乙二醇單丁醚（美國陶氏）；水性環(huán)氧固化劑：EK8538-Y-68（美國瀚森）；中和劑：MA-95（海銘斯化學(xué)）；防閃銹劑：ZT-709（海川化工）。

    1.1.2試驗配方

    試驗配方見表１。

    1.1.3水性環(huán)氧富鋅防銹底漆制備工藝

    1）A組分制備工藝：將水性環(huán)氧固化劑、緩蝕劑、助劑A、成膜助劑加入生產(chǎn)缸中，600～800r/min攪拌約10min；邊攪拌邊加入高純度鋅粉、環(huán)保磷酸鋅，采用800～1000r/min分散15～20min；再加入羥乙基纖維素，800～1000r/min攪拌10～15min即可。

    2）Ｂ組分制備工藝：將水性環(huán)氧樹脂和用去離子水按1∶4稀釋后的助劑B加入生產(chǎn)缸中，采用300～400r/min攪拌5～10min；再將余下的去離子水全部加入生產(chǎn)缸中，用300～400r/min攪拌約10min。

    1.1.4樣板制備

    1）鋼板選擇：普通低碳薄鋼板為底材，尺寸為70mm×150mm×（0.8～1.5）mm。

    2）底材處理：用溶劑將表面清洗干凈，再用1000目砂紙進行打磨處理，確保鋼材表面徹底清除干凈。

    3）按mA∶mB=5∶1配漆，適量加入去離子水兌稀后噴板，噴涂黏度一般控制在30～40s（涂-4杯），常規(guī)性能檢測板噴涂厚度控制在20～30μm，耐鹽霧性能測試板噴涂厚度控制在80～100μm。

    ４）常規(guī)性能檢測板在室溫條件下養(yǎng)護48h后檢測；耐鹽霧性能板在室溫條件下養(yǎng)護7d后進行性能測試。

    1.1.5性能測試

    測試項目檢測方法：干燥時間依照GB/T1728、附著力依照GB/T5210、耐沖擊性依照GB/T1732、柔韌性依照GB/T1731、密度依照GB/T6750、黏度依照GB/T6753.3、耐化學(xué)性能依照GB/T1763、硬度依照GB/T6739、耐汽油性依據(jù)GB/T1734、耐中性鹽霧依照GB/T1771、漆膜中鐵元素含量依照GB/T4956、不流掛干膜厚度依照GB/T9264、耐熱性依照GB/T1735、干膜含屬鋅含量依照GB/T9793進行測試，綜合性能與符合TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》標(biāo)準(zhǔn)的市售溶劑型產(chǎn)品A進行對比。

    1.1.6性能對比

    水性環(huán)氧富鋅防銹底漆試驗結(jié)果與市售溶劑型產(chǎn)品A性能對比見表２。

    1.2軌道交通產(chǎn)品表面的水性環(huán)氧云鐵中間漆制備

    軌道交通產(chǎn)品表面的水性環(huán)氧云鐵中間漆采用的是水性環(huán)氧樹脂乳液與水性胺類固化劑為主體原料，拼合云母氧化鐵灰、絹云母、水性助劑制成的水性環(huán)氧云鐵中間漆。其樹脂與固化劑反應(yīng)機理與水性環(huán)氧富鋅防銹底漆基本一致。

    1.2.1原料

    水性環(huán)氧樹脂乳液：3510（美國瀚森）；云母氧化鐵灰：600目云母氧化鐵灰（科聚化工）；絹云母：A4（滁州萬橋）；分散劑：FX600（海銘斯化學(xué)）；消泡劑：M148（海川化工）；潤濕劑：57（海銘斯化學(xué)）；羥乙基纖維素：2500（環(huán)琦化工）；成膜助劑：乙二醇單丁醚（美國陶氏）；水性環(huán)氧固化劑：8545（美國瀚森）；中和劑：MA-95（海銘斯化學(xué)）；防閃銹劑：ZT-709（海川化工）；抑泡劑：MD-20（美國氣體化學(xué)）；防霉殺菌劑：FH-1（科萊恩化學(xué)）；流平劑：3300（重慶麥圖）；滑石粉：1000目滑石粉（軍海精細(xì)滑石粉）。

    1.2.2試驗配方

    試驗配方見表３。

    1.2.3水性環(huán)氧云鐵中間漆制備工藝

    １）C組分制備工藝：將水性環(huán)氧固化劑、中和劑、助溶劑加入生產(chǎn)缸中，400～600r/min攪拌5～10min，測試pH，將pH控制在8～9；用去離子水將分散劑、抑泡劑、防閃銹劑稀釋后加入生產(chǎn)缸中，400～600r/min攪拌5～10min；邊攪拌邊加入云母氧化鐵灰、絹云母、滑石粉，600～800r/min攪拌15～20min；用去離子水將羥乙基纖維素充分潤濕后加入生產(chǎn)缸中，600～800r/min攪拌10～15min；用去離子水將消泡劑、流平劑、潤濕劑、防霉殺菌劑稀釋劑后加生產(chǎn)缸中，600～800r/min攪拌5～10min，檢測pH，將pH調(diào)節(jié)至8～9。

    ２）Ｄ組分制備工藝：將水性環(huán)氧樹脂和去離子水加入生產(chǎn)缸中，用中和劑調(diào)節(jié)pH至8～9，300～400r/min攪拌5～10min。

    1.2.4樣板制備

    1）鋼板選擇：普通低碳薄鋼板為底材，尺寸為70mm×150mm×（0.8～1.5）mm。

    2）底材處理：用溶劑將表面清洗干凈，再用1000目砂紙進行打磨處理，確保鋼材表面徹底清除干凈。

    3）按ｍC∶ｍD=10∶3配漆，適量加入去離子水兌稀后噴板，噴涂黏度一般控制在30～40s（涂-4杯），常規(guī)性能檢測板噴涂厚度控制在20～30μm，同時噴涂于實施例1～5的水性環(huán)氧富鋅防銹底漆上，其總厚度控制在120～140μm。

    4）常規(guī)性能檢測板在室溫條件下養(yǎng)護48h后檢測。

    1.2.5性能測試

    測試項目檢測方法：干燥時間依照GB/T1728、附著力依照GB/T5210、耐沖擊性依照GB/T1732、韌性依照GB/T6742、黏度依照GB/T6753.3、固體含量依照GB/T1725、沉降程度依照GB/T6753.3，綜合性能與符合TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》標(biāo)準(zhǔn)的市售溶劑型產(chǎn)品B進行對比。

    1.2.6性能對比

    水性環(huán)氧云鐵中間漆試驗結(jié)果與市售溶劑型產(chǎn)品B性能對比見表４。

    1.3軌道交通產(chǎn)品表面的水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆的制備

    軌道交通產(chǎn)品表面的水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆是采用羥基丙烯酸聚氨酸乳液為主體原料，按照n（—OH）∶n（—NCO）=1.0∶（1.2～1.5）的設(shè)計原則進行配漆，A組分中添加耐曬顏料、填料、水性助劑拼合制作成水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆，B組分由四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯（TMXDI）組成。

    1.3.1原料

    羥基丙烯酸樹脂A：A2470（拜耳新材料）；羥基丙烯酸樹脂B：RHA308（北京金匯利應(yīng)用化工制品有限公司）；鈦白粉：R-706（美國杜邦）；碳黑：6#（德國德固薩）；納米硫酸鋇：ES80（北京金斑馬）；分散劑：3100（美國氣體化學(xué)）；消泡劑：NXZ（德國巴斯夫）；流平劑：57（海銘斯化學(xué)）；潤濕劑：104E（美國氣體化學(xué)）；羥乙基纖維素：EP-30M（美國陶氏）；中和劑：MA-95（海銘斯化學(xué)）、親水型異氰酸酯固化劑：304（德國拜耳）；助溶劑：乙二醇單丁醚（美國陶氏）；去離子水（自制）。

    1.3.2試驗配方

    試驗配方見表5。

    1.3.3水性面漆制備工藝

    1）將水性羥基丙烯酸樹脂A、中和劑、助溶劑加入生產(chǎn)缸中，400～600r/min攪拌5～10min，測試pH，將pH控制在8～9。

    2）用去離子水將助劑C按質(zhì)量比1∶2稀釋后加入生產(chǎn)缸中，400～600r/min攪拌5～10min。

    3）邊攪拌邊加入金紅石鈦白粉、碳黑，600～800r/min攪拌20～30min，用砂磨機將細(xì)度研磨至20μm。

    4）用去離子水將羥乙基纖維素充分潤濕后與水性羥基丙烯酸樹脂B同時加入，邊攪拌邊加入納米硫酸鋇，600～800r/min攪拌10～15min。

    5）用中和劑將pH調(diào)節(jié)至8～9，即得到水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆。

    1.3.4水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆性能樣板制備

    1）鋼板選擇：普通低碳薄鋼板為底材，尺寸為70mm×150mm×（0.8～1.5）mm；

    2）底材處理：先用溶劑將表面清洗干凈，再用1000目砂紙進行打磨處理，確保鋼材表面徹底清除干凈。

    3）按m（E組分）∶m（親水型異氰酸酯固化劑）=6∶1進行調(diào)配，加入適量的去離子水將噴涂黏度調(diào)整至25～35s（涂-4杯）。

    4）采用噴涂的方式噴涂復(fù)合層及耐化學(xué)性能測試干板，三涂層復(fù)合層的厚度控制在200～220μm，耐化學(xué)性能測試與耐人工老化加速測試干板漆膜厚度控制在60～80μm，室溫條件下養(yǎng)護7d后進行檢驗。

    5）物理性能測試采用馬口鐵片噴涂制板，膜厚控制在20～30μm，室溫條件下養(yǎng)護2d后進行測試。

    1.3.5性能測試

    測試項目檢測方法：干燥時間依照GB/T1728；附著力依照GB/T5210；耐沖擊性依照GB/T1732、柔韌性依照GB/T6742；黏度依照GB/T6753.3；固體含量依照GB/T1725；光澤依照GB/T1743；耐候性能樣板制備依照GB/T1765；人工老化加速測試依照GB/T1865；耐化學(xué)品性能依照GB/T9274；綜合性能與符合于TB/T1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝》標(biāo)準(zhǔn)的市售產(chǎn)品C進行對比。

    1.3.6檢測結(jié)果

    檢測結(jié)果見表6。

    1.4配方設(shè)計分析

    1）本文中產(chǎn)品設(shè)計主要根據(jù)國家對環(huán)境保護的要求，整個配方全部采用水性體系設(shè)計，VOC排放量均控制在80g/L范圍內(nèi)，完全符合PM2.5及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

    2）水性環(huán)氧富鋅防銹底漆采用水性環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧固化劑，拼合高純度鋅粉、緩蝕劑以及環(huán)保磷酸鋅、助劑而設(shè)計，使得其具有最佳的防腐性能，耐鹽霧性能超過2000h。

    3）整個體系配方中采用了羥乙基纖維素改善漆膜的防流掛性能，使得漆膜在濕膜施工過程中可達(dá)到275μm不流掛的優(yōu)良效果。

    4）水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆采用水性羥基丙烯酸聚氨酯乳液為主體原料，拼合四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯（TMXDI）組合成2K型水性環(huán)保涂料，具有非常優(yōu)異的耐化學(xué)品性和耐候性，結(jié)合水性環(huán)氧富鋅防銹底漆與水性環(huán)氧云鐵中間漆制備的三涂層復(fù)合層，耐鹽霧性能達(dá)到6000h。

    5）此專利所提供的水性環(huán)氧富鋅防銹底漆、水性環(huán)氧云鐵中間漆、水性灰色丙烯酸聚氨酯面漆各項指標(biāo)均滿足TB/T1527—2011鐵路鋼橋涂料技術(shù)條件，能廣泛應(yīng)用于軌道交通配套道路設(shè)施的涂裝。

    6）此專利所提供的水性底漆、中間漆、面漆各項指示同時滿足于JT/T722—2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝》技術(shù)條件的要求，能廣泛應(yīng)用于公路橋梁配套產(chǎn)品表面的涂裝。

    1.5結(jié)果與討論

    1）通過反復(fù)試驗求證，列出的實施例1~15是具有代表性的配方，具有非常優(yōu)異的防腐性能、耐化學(xué)品性能以及耐人工老化性能。

    2）軌道交通配套產(chǎn)品，3～5a就需對室外的所有設(shè)施進行翻新，只能露天作業(yè)，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的溶劑型體系產(chǎn)品作業(yè)，會給環(huán)境及操作工人的身體造成極大影響，如果采用此專利發(fā)明的配套產(chǎn)品替代傳統(tǒng)溶劑型產(chǎn)品，既可使各項性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，又不會對環(huán)境造成任何影響，更不會對作業(yè)工人的身體造成傷害。

    2·結(jié)語

    主要介紹了一組應(yīng)用于軌道交通產(chǎn)品表面防護的水性涂層，包括了水性環(huán)氧富鋅防銹底漆、水性環(huán)氧云鐵中間漆以及水性丙烯酸聚氨酯各色面漆，漆膜具有非常優(yōu)異的施工性、防腐性能、耐化學(xué)品性能以及耐候性能，廣泛應(yīng)用于鐵路橋梁配套產(chǎn)品表面的涂裝，具有優(yōu)異的裝飾和防護效果。